Der E-Jet, ein innovativer Sportwagen, vereint Effizienz, Nachhaltigkeit und Fahrspaß. Leichtbau, aerodynamisches Design und ein serieller Human-Hybrid-Antrieb minimieren den Energiebedarf. Nachhaltige Produktion und aktiver Lebensstil machen den E-Jet zur zukunftsfähigen Mobilitätsoption.

Die Elektrifizierung des Verkehrssektors bietet zahlreiche Vorteile, darunter hocheffiziente Antriebsstränge und einen emissionsfreien Betrieb. Trotzdem bleiben Elektrofahrzeuge vor einer großen Herausforderung stehen: der Suche nach geeigneten Energiespeicher-systemen. Eine mögliche Lösung zur Reduzierung des spezifischen Energiebedarfs besteht darin, die Fahrwiderstände durch leichte und aerodynamisch gestaltete Fahrzeuge zu minimieren. Darüber hinaus kann eine sekundäre Energiequelle, die einen Teil der benötigten Energie durch die Fahrenden bereitstellt, einen kleineren und somit leichteren und kostengünstigeren Hauptenergiespeicher unterstützen.

Gleichzeitig ist das Fahrradfahren aus vielen Gründen beliebt – nicht nur aufgrund des Fahrvergnügens, sondern auch wegen gesundheitlicher Vorteile und der Energieeffizienz. Größere Fahrzeuge bieten jedoch mehr Leistung, Sicherheit, Komfort und Reichweite als das klassische Fahrrad. Die Kombination von Fahrrad und Elektrofahrzeug ist daher ein vielversprechender Lösungsansatz, um die Vorteile beider Fahrzeugkonzepte zu vereinen. Dieser Ansatz wird im E-Jet Fahrzeug umgesetzt, welches durch den Innovation Sprint gefördert wurde.

Im Zentrum des Fahrzeugs steht der serielle Human-Hybrid-Antrieb, der das Bedienkonzept eines Fahrrads mit dem Antriebsstrang eines Elektro-PKW vereint. Die ergonomisch gestaltete Tretbewegung ermöglicht die Konzeption eines effizienten Fahrzeugs. Die weiteren Kerninnovationen des E-Jets sind der strukturelle Leichtbau, das effiziente funktionsintegrierte Fahrwerk und die aktive Aerodynamik. Die Ergonomie der Tretbewegung erfordert zudem – als Ersatz des herkömmlichen Lenkrads – ein innovatives Stellteil.

Das Ziel muss es sein, Fahrzeuge zu bauen, die mit geringen Ressourcen und geringem Energiebedarf hergestellt werden, einen niedrigen Energiebedarf pro gefahrenem Personenkilometer bieten und mit optimierten Wiederverwendungseigenschaften konzipiert sind. Die Lösung für eine nachhaltige Mobilität muss über das Produkt hinausgehen und unsere Lebensweise mit einbeziehen.

Nachhaltigkeit erfordert von Anfang an Innovationen und muss während des gesamten Produktlebenszyklus betrachtet werden: von der Gewinnung der Rohstoffe bis hin zur Verwertung des Produkts am Ende des Lebenszyklus. Aufgeteilt in drei Säulen kann so die Nachhaltigkeit in der Produktion, während der Nutzung und am Ende des Produktlebens betrachtet werden. Bei der Produktion des Prototyps wurde darauf geachtet, dass sowohl die Aluminiumstruktur als auch die Außenhaut aus recyceltem Kunststoff am Ende des Produktlebenszyklus getrennt voneinander dem Verwertungskreislauf zugeführt werden können.

Bei der Betrachtung der ökologischen Nachhaltigkeit während der Nutzung wird ein möglichst geringer Energiebedarf angestrebt, welcher beim E-Jet bei ca. 5 kWh/100 km liegt. Im Vergleich zu einem Mittelklasse-Elektrofahrzeug ist dies nur etwa ein Fünftel des realen Energiebedarfs. Weiterhin ist die Masse gerade von batterieelektrischen Fahrzeugen zu betrachten. Der E-Jet bleibt inklusive der Energiespeichersysteme bei einer Gesamtmasse von ca. 300 kg, was etwa einem Sechstel des einen klassischen PKW entspricht und einen deutlich reduzierten Ressourceneinsatz mit sich bringt.

Bei der Auslegung wurde die durchschnittliche komfortable Leistungsabgabe von Amateurfahrern über einen längeren Zeitraum berücksichtigt. Diese liegt bei 120 W und darüber hinaus kann die Leistung über einen Zeitraum von einer Minute bis zu 380 W betragen. Simulationsergebnisse zeigen, dass mit dieser Leistung bis zu 25 % der Energie gedeckt wird, die für das Fahren des E-Jets erforderlich ist. Ein serieller Hybrid-Antriebsstrang ermöglicht mit automatischen Geschwindigkeitsregelungsstrategien ein komfortables Fahren bei Geschwindigkeiten bis 100 km/h und darüber hinaus, bei denen die Verwendung mechanischer Systeme zur Kraftübertragung nicht mehr sinnvoll ist. Zudem reicht die Kraft des Fahrers aus, um das Fahrzeug bei Geschwindigkeiten zwischen 15 und 30 km/h für unbestimmte Zeit zu fahren, selbst wenn die Batterie leer ist.

An das verwendende Lenkkonzept werden durch den Pedalantrieb besondere Anforderungen gestellt. Da das Fahrzeugkonzept zwischen einem klassischen PKW und einem herkömmlichen Fahrrad angesiedelt ist, wurden Sichtfeld und Körperhaltung neu bewertet. Das entwickelte Lenksystem, welches größer als ein klassisches Lenkrad und um den Fahrer herum angeordnet ist (Segmentbogen), löst den Zielkonflikt zwischen Sichtfeldverdeckung, Pedalieraufgabe und ergonomischer Sitzhaltung. Es ermöglicht damit neuartige Human-Hybrid Fahrzeugkonzepte und ist im Prototyp erlebbar.

Bestrebungen hinsichtlich des Leichtbaus haben dazu geführt, dass das Fahrwerk des E-Jets eine funktionsintegrierte Variante darstellt. Hierzu sind die klassischen Komponenten, also die Quer- und Längslenker, die Torsionsfeder und die Aufbaufederung, in einer gemeinsamen Querblattfeder aus FVK dargestellt und so ca. 80 % des Gewichts eingespart.

Aktive Aerodynamiksysteme sind zur bedarfsgerechten Veränderung von Abtrieb und Luftwiderstand eingesetzt, um Fahrdynamik und Fahrsicherheit zu erhöhen. Das entwickelte Konzept für den E-Jet besteht aus mehrteiligen aktiven und passiven Flügelsystemen an der Vorder- und Hinterachse, welche im Windkanal erprobt wurden. Damit kann das Fahrzeug variabel zwischen geringem Luftwiderstand, kürzeren Bremswegen und hoher Fahrdynamik aerodynamisch eingestellt werden.

Mit dem jetzigen Prototyp können wir das Potential eines leichten, nachhaltigen Sportwagens zeigen, der die aktive Mobilität vorantreibt und neuartige, innovative Fahrerlebnisse erlebbar macht. Die entwickelten Technologien werden in Teilen oder im Ganzen in zukünftigen Projekten wiederzufinden sein. Das langfristige Ziel ist die Umsetzung der Technologie für die Anwendung auf der Straße.

Autoren: Mohamad Ali Daher, M.Sc. & Lars Piekenbrinck, M.Sc. – Institut für Kraftfahrzeuge (ika) der RWTH Aachen University.

ika - Institut für Kraftfahrzeuge, RWTH Aachen University

Technologische Basis

• Elektroantrieb
• Sensorik
• Hardware in the Loop
• Intelligente Reglung

Innovation

• Pedal-by-Wire
• Stuktureller Leichtbau
• Aktive Aerodynamik

Anwendungsfeld im Automobil

• Leichte Elektromobilität
• Pendlerfahrzeug
• Fahrerlebnis

Impact

• Reduzierung des Energiebedarfs
• Ressourcenschonung
• Steigerung der Gesundheit
• Verringerung des CO2-Footprint